补 体 与 急 性 肾 损 伤

任贵生 陈文萃 黄湘华 审校

急性肾损伤(AKI)是指肾功能在短时间内迅速恶化，可引起氮质血症、水电解质和酸碱平衡紊乱[1]。免疫稳态对于维持肾脏的生理功能非常重要，一旦遭到破坏，可导致肾小球滤过率的急性下降和AKI的发生[2]。补体系统存在于人和脊椎动物的血清中，参与机体的天然性免疫和获得性免疫，是体内重要的效应及效应放大系统。在缺血/再灌注损伤(I/R)动物模型及急性肾小管坏死的人类肾活检标本中可观察到C3大量沉积于肾小管基膜和间质[3]，说明补体活化在AKI中发挥着重要的作用。虽然肾脏替代治疗已经在临床上得到了广泛应用，但目前尚无针对AKI的特异性治疗手段，而补体系统的抑制可能在AKI的预防及治疗中存在广阔前景。本文将对补体在AKI中的作用进行。

AKI中补体系统的活化

补体系统的活化包括经典途径、甘露聚糖结合凝集素(MBL)途径和旁路途径。在狼疮性肾炎及Ⅰ型膜增生性肾小球肾炎中，循环免疫复合物沉积于肾小球或者原位免疫复合物的形成可通过经典途径激活补体系统。而在一些非自身免疫性疾病中，抗体直接黏附于组织也可通过经典途径激活补体系统。在炎症和非免疫性损伤中，组织会形成或暴露新的抗原表位，通过与这些表位的结合，免疫球蛋白可激活经典途径，加重组织损伤[4]。除了经典途径外，Castellano等研究发现，在猪肾脏I/R模型中可见MBL沉积于管周毛细血管和小管间质[5]，提示MBL途径与缺血造成的AKI有关，但是目前其在AKI中的作用尚不清楚。

旁路途径的活化在AKI中发挥着关键的作用。作为C3转化酶，C3(H2O)Bb的活性并没有C3bBb高[6]，但是它可持续生成C3b，进而于临近的表面激活补体旁路途径，除非补体调节蛋白发挥抑制作用。由于旁路途径具有自动激活和自我放大的能力，它可以迅速于肾小球基膜等缺少补体调节蛋白的表面被激活，在各种原因导致的肾脏损伤中发挥重要的作用(图1)[3]。除了直接激活外，旁路途径还可为通过其他途径激活的补体系统提供放大效应[3]，进一步加重肾脏损伤。

图1 肾脏中补体系统活化的调控[3]补体系统可通过旁路途径自动激活。血中低pH值和氨产生的增加促进了补体系统的活化。细胞微粒和病原体也可起到促进作用。补体系统的活化使C3b沉积在肾脏表面，在这个过程中H因子起到调控作用。存在于小管上皮细胞等部位的补体调节蛋白可抑制补体系统的过度活化，但其在细胞损伤时会遭到破坏

敲除B因子的相关基因可阻止鼠类肾脏I/R模型中小管间质C3的沉积，说明小管间质的补体系统活化是通过旁路途径实现的[7]。在动物模型中敲除C1q、C4和MBL-A/C的相关基因并未影响小管间质补体系统的活化[8]，提示经典途径和MBL途径在小管间质补体系统的启动中所起作用相对有限。有趣的是，在肾小球中，补体系统可通过不同的途径被激活。在健康人类的肾小球系膜中可见IgM和C4的共同沉积[9]，然而IgM激活的补体系统并没有导致C3的沉积，这表明在系膜中IgM可以通过经典途径或MBL途径激活补体系统[10]，但并未达到可使C3裂解的程度。这种限制性的补体激活也可发生在肾脏的其他部位，是由于补体调节蛋白在特定表面的结合所致[11]。上述研究表明肾小球和小管间质中补体系统是通过不同的机制启动的，并且由于局部调节蛋白效能的不同而导致不同程度的效应。

组织局部释放的备解素等小分子对于补体的活化具有促进作用。备解素可与特定的表面结合，在旁路途径的激活中发挥作用，还可稳定旁路途径转化酶[12]。Miwa等[13]研究表明，在肾脏I/R后，备解素可与管周毛细血管相结合。小管上皮细胞能够合成C3、C4和B因子，炎症、缺血可以上调这些因子的生成。研究表明在移植肾中C3可促进局部的补体活化，进而导致AKI[14]。

肾外补体系统的活化在AKI中也发挥着重要作用。当血浆与透析膜等人工表面相接触时，补体系统将被激活。研究表明与铜铵透析膜相比，聚丙烯腈透析膜对补体系统的激活效应相对较小[15]，而在AKI患者聚丙烯腈透析膜可使患者获得更好的预后[16]。这表明肾外的补体激活可能会加重AKI。

补体介导AKI的下游效应因子

补体系统在被激活后生成多种生物活性因子，通过不同的机制引起组织炎症和损伤，在AKI的发生中起到重要作用(图2)[3]。作为补体系统活化的终末产物，膜攻击复合物(MAC)主要发挥溶解细胞的效应。由于补体的激活在小管间质中最为显著，因此MAC的主要目标是小管上皮细胞。Rodríguez等[17]发现，无论是何种原因引起的AKI，患者血MAC浓度与AKI的分级密切相关，并且AKI缓解后血MAC浓度显著下降。有研究发现无法形成MAC的C6缺陷小鼠在肾脏I/R后获得了保护，这可能与其肾脏中的中性粒细胞浸润程度相对较轻有关[18]。

图2 补体活化后的促炎效应补体活化后生成多种具有生物活性的蛋白，包括C3a、C5a、C3b和MAC(C5b-9)。C3a和C5a与细胞表面的受体结合，激活信号转导通路，进而活化补体。C3a和C5a还可以通过化学吸引和活化白细胞影响炎症反应。C5b-9可以导致细胞跨膜孔的形成，引起细胞溶解。C3b与细胞表面共价结合，作为配体发挥作用[3];MAC：膜攻击复合物

除了MAC外，当补体激活时，C3a和C5a也同时产生。C3a和C5a是可溶性的小分子，虽可被血清中的羧肽酶N快速灭活，但仍具有强大的促炎效应。C3a和C5a可与肾脏相应的受体结合，通过对应的信号转导通路引起肾脏的炎症。C5a具有强烈的趋化效应，可促进白细胞的黏附和活化，Burwick等[19]发现先兆子痫患者尿液中C5a的水平与近端小管损伤程度的关系最为紧密。C5a受体(C5aR)是G蛋白偶联受体家族的一员，在肾脏中表达于系膜细胞、近端小管上皮细胞及远端小管上皮细胞，其有2种亚型，均在I/R导致的AKI中发挥重要作用[20]。De Vries等[21]研究表明，C5aR的抑制剂通过阻止角质细胞衍生趋化因子(KC)及巨噬细胞炎症蛋白2(MIP-2)等细胞因子的生成，在肾脏I/R模型中减轻了肾脏损伤。与野生型相比，C5aR基因敲除的动物在缺血性AKI中获得了保护，此外多种炎症细胞因子mRNA的水平发生了下调[22]。C3a的趋化作用相对较弱，其受体表达于肾小管上皮细胞，但是不表达于系膜细胞和足细胞[23]。Danobeitia等[24]研究发现，使用人C1抑制剂(human C1-inhibitor，C1INH)可在I/R后的AKI中发挥保护作用，阻止白细胞介素6等细胞因子的上调，减少C5a的释放、C3b的沉积及中性粒细胞、巨噬细胞在肾组织中的浸润，最终减轻肾组织的纤维化。

AKI中补体调节蛋白的作用

补体调节蛋白可直接加速C3bBb的解离,还能激活Ⅰ因子,从而灭活C3b和C4b,最终抑制旁路途径的激活。在正常组织中，补体调节蛋白与补体蛋白、激活分子保持平衡，而当这种平衡被打破时，补体系统就被激活，造成组织损伤。补体调节蛋白在肾小球内皮细胞、系膜细胞、上皮细胞及肾小管上皮细胞、微血管内皮细胞中表达[25]。小管上皮细胞所表达的膜辅蛋白(membrane cofactor protein，MCP)在补体系统的调节中发挥着重要的作用[26]。MCP是一种跨膜蛋白，可通过辅助Ⅰ因子裂解C3b和C4b来调节补体系统的活化。在人类中MCP的表达被限制在小管上皮细胞的基底外侧膜[27]，而基底外侧膜正是缺血损伤后肾脏C3沉积的部位。利用新一代基因测序技术，Ipe等[28]在1例非典型溶血性尿毒综合征(atypical hemolytic uremic syndrome，aHUS)患者中发现了罕见的编码Ⅰ因子的基因杂合突变，该突变可能与基因的剪接有关。

除了细胞表面蛋白外，在血浆中还存在着可溶性的补体调节蛋白，包括调节旁路途径的H因子及调节经典途径的C4结合蛋白[29]。H因子包含着若干可与阴离子相作用的结合域，对细胞表面的补体系统进行调节。H因子的变异或抗H因子的自身抗体与aHUS等肾脏疾病的发生密切相关，这提示H因子可能通过抑制肾内补体旁路途径起到保护肾脏的作用[30]。Udagawa等[31]使用依库珠单抗联合重组人可溶性血栓调节蛋白(recombinant human soluble thrombomodulin，rTMD)治疗aHUS获得了成功，虽然患者血液中仍可检测到抗H因子抗体。而Cofiell等[32]的研究发现，无论患者的基线状态如何、是否曾接受血浆置换，依库珠单抗均可减轻aHUS患者的肾脏损伤。Chehade等[33]在一例需要透析的感染后肾小球肾炎患者体内检测到了一过性的抗H因子抗体，在接受依库珠单抗治疗后患者肾功能在72h内便迅速恢复。在遗传性H因子功能缺陷的患者中，机体抑制旁路途径的能力受损，补体可以介导包括肾脏在内的多个器官的损伤。Goetz等[34]的研究表明，I/R后IgM沉积于肾小球可以部分激活补体系统。与野生型对照组相比，杂合的H因子缺陷小鼠肾脏损害更重，但补体系统的活化仍然可控，这说明H因子在缺血性AKI中起到保护作用，但其在IgM介导的补体活化中并不能发挥关键性的抑制作用。Renner等[35]发现，H因子在小管上皮细胞的顶端膜及基底外侧膜中发挥着调节补体系统的作用，然而只有高于生理浓度的H因子才能够完全抑制补体系统的活化。此外，在动物模型中H因子功能的封闭加重了缺血可导致的AKI，而重组H因子的摄入可抑制I/R后肾脏补体系统的活化[35]，说明H因子对I/R后补体介导的小管损伤具有保护作用。

小结：补体系统为机体清除侵入的病原体及受损的组织细胞提供了一个快速且有效的途径，但其过度激活可导致AKI。I/R、脓毒症和化学损伤可引起局部活化因素和抑制因素的失衡，进而导致补体系统的活化。虽然AKI动物模型表明补体抑制剂具有保护肾脏的作用，但是其应用于临床还存在着巨大障碍，特别是补体系统抑制后所带来的感染风险。有关AKI中补体系统的活化、活化后相关效应因子的作用及补体调节蛋白对于补体系统活化的抑制仍然需要进一步的研究，进而为开发出符合临床要求的补体抑制剂提供新的思路。